專利名稱：節(jié)能型空氣分離制氧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)療設(shè)備，尤其涉及一種空氣分離制氧裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)用空氣分離制氧裝置是為醫(yī)院或醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供醫(yī)用氧氣的中心制氧 裝置，它可以是雙機(jī)組、三機(jī)組、四機(jī)組、五機(jī)組或者六機(jī)組?？諝夥蛛x 制氧裝置主要包括螺桿式空氣壓縮機(jī)、冷凍干燥機(jī)、空氣過(guò)濾器、雙柱型 吸附式氧氣分離器及其控制部分、空氣穩(wěn)壓罐、氧氣穩(wěn)壓罐、流量調(diào)節(jié) 計(jì)、在線純度監(jiān)測(cè)儀等部分。
空氣分離制氧裝置是利用分子篩物理吸附和解吸技術(shù)與微電腦數(shù)碼測(cè) 控技術(shù)相結(jié)合的裝置，其工藝過(guò)程是空氣(制氧原料)經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)
壓縮、升壓0.3 0.6MPa，除油、去水后送至冷凍干燥機(jī)冷卻至5'C，再 經(jīng)吸入口過(guò)濾器除塵粒后，送入其中一只氧氣分離器。氧氣分離器內(nèi)裝填 由各種吸附材料按科學(xué)配比組成的吸附劑，空氣中的氮、水分、二氧化碳 及少量其它氣體組分被吸附劑吸附，而非吸附組分(氧氣)則從氧氣分離 器頂部出口排至氧氣平衡罐。當(dāng)氧氣分離器中的可吸附物質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài) 時(shí)通過(guò)切換閥放空，吸附劑便可再生。同時(shí)另一只氧氣分離器升壓開(kāi)始工 作，通過(guò)兩只氧氣分離器的交替工作獲得連續(xù)的氧氣流。制取的氧氣經(jīng)在 線檢測(cè)合格后，通過(guò)氧氣儲(chǔ)罐、管道、閥門、各級(jí)精密過(guò)濾器除菌過(guò)濾器 等凈化處理后送至后級(jí)使用點(diǎn)使用。
參照?qǐng)D2，為分離制氧裝置的工作周期示意圖，空氣分離制氧機(jī)在制 氧過(guò)程中，兩只吸附式氧氣分離器A和B是交替工作的，即在0 90秒的 過(guò)程中，氧氣分離器A的壓力由OMPa (排空狀態(tài))漸升至0.6Mpa,待其 分離過(guò)程結(jié)束后即漸漸卸壓至OMPa;與此同時(shí)氧氣分離器B的壓力則由0. 6MPa降至至0Mpa再升壓至0. 6Mpa，每個(gè)氧氣分離器的所需空氣的進(jìn)氣 壓力是交替而周期性漸變的。
現(xiàn)有的空氣分離制氧裝置采用的是普通空氣壓縮機(jī)，其額定頻率、額 定電壓就是電源的電壓和頻率。系統(tǒng)供氣壓力的控制方式也僅僅依據(jù)壓力 控制器的上、下限設(shè)定值來(lái)控制空器壓縮機(jī)的加/卸載，即壓力達(dá)到上限 時(shí)關(guān)閉供氣閥，空氣壓縮機(jī)進(jìn)入輕載運(yùn)行；壓力低至下限值時(shí)開(kāi)供氣閥， 空氣壓縮機(jī)進(jìn)入滿載運(yùn)行。這種供氣控制方式下的空壓機(jī)，會(huì)造成如下三 部分能量浪費(fèi)
(1 )由于普通型螺桿式空壓機(jī)是在滿負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行， 其效率的下降也相對(duì)較快，為了使其能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保證空氣分離器的供氣 壓力，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)或選擇空壓機(jī)的壓力時(shí)，都要高出實(shí)際用氣壓力25%以 上，而且運(yùn)行時(shí)上限值一般也是調(diào)至最大，如圖3中的"普通型空壓機(jī)壓 力變化曲線"的峰值為0.85MPa，而實(shí)際上包括消耗只需0,60MPa，造成 多供少用的狀況；又如以圖2中的A折線為例，在壓力達(dá)到最小值a點(diǎn) 后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升直到最大調(diào)定壓力值，在此加壓過(guò) 程中，多余的壓力轉(zhuǎn)化為熱量釋放到空氣中，導(dǎo)致電能損失；
(2) 加載時(shí)的電能消耗普通螺桿式螺桿式空壓機(jī)在0. 60 0. 85MPa 之間進(jìn)行頻繁地加、卸載過(guò)程中，多出來(lái)的0. 25MPa在爬升中消耗掉，有 數(shù)據(jù)驗(yàn)證壓力每爬升0. lMPa，就會(huì)多消耗額定功率的7%，以一臺(tái)0G1250 制氧裝置的螺桿式空壓機(jī)為例，其額定功率為45KW，按一年累計(jì)運(yùn)行 8000小時(shí)，爬升時(shí)間累計(jì)占整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的50%計(jì)算，則其年功率浪費(fèi) 為[(0.25MPaX7%/0. 1 MPa) X45KW]X (50%X 8000小時(shí)/年)=3150度/ 年；另一方面，壓力最大值高于氧氣分離器在最高點(diǎn)的用氣壓力后，在進(jìn) 入氧氣分離器前，必須經(jīng)過(guò)減壓閥減壓后方能使用，這一過(guò)程同樣是一個(gè) 能量浪費(fèi)的過(guò)程；
(3) 卸載時(shí)電能的消耗當(dāng)壓力達(dá)到壓力最大值時(shí)，普通型螺桿式 空壓機(jī)通過(guò)如下方法來(lái)降壓卸載關(guān)閉供氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空，這又是一種能量浪費(fèi)，普通
型螺桿式空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占螺桿式空壓機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的45%，卸載 時(shí)間累計(jì)按所占整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的30%計(jì)算，則其年功率浪費(fèi)為(45KW X 45%) X (30% X 8000小時(shí)/年)=48600度/年，換言之，普通型螺桿式空 壓機(jī)每年要消耗掉48600度的無(wú)功電能。
另外空氣壓縮機(jī)頻繁地加、卸載變換，不僅導(dǎo)致了系統(tǒng)壓力和流量的 脈動(dòng)，而且噪聲和能耗也隨之增大；電機(jī)軸承的磨損也加快，設(shè)備維護(hù)也 較高。另外與之配套的冷凍干燥機(jī)和過(guò)濾器等設(shè)備也在間歇式的沖擊狀態(tài) 下工作，所以對(duì)整套設(shè)備的使用壽命和故障率影響都比較大。如上所述一 臺(tái)OG1250 (匹配螺桿式空壓機(jī)功率45KW)型醫(yī)用空氣分離制氧裝置，每 年要消耗掉每年僅可計(jì)算的功率浪費(fèi)就有5萬(wàn)度。 一般醫(yī)用空氣分離制氧 裝置均為兩機(jī)組或三機(jī)組組成，僅此一項(xiàng)，每年的功率浪費(fèi)就有10 15 萬(wàn)度。在醫(yī)院這種特定的環(huán)境，在目前以節(jié)能降耗、降低運(yùn)行成本為主流 的經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)中，節(jié)能改造更顯迫在眉睫，勢(shì)在必行，節(jié)能后醫(yī)用空氣分離 制氧裝置的產(chǎn)品也具有著更強(qiáng)的生命力和更廣闊的市場(chǎng)前景。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種節(jié)能型空氣分離制氧裝置， 用于解決醫(yī)用空氣分離制氧裝置的能源浪費(fèi)問(wèn)題，通過(guò)降低系統(tǒng)供氣動(dòng)力 源的無(wú)用能耗，以達(dá)到節(jié)能的目的。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供如下的技術(shù)方案節(jié)能型空 氣分離制氧裝置，包括空氣壓縮機(jī)、冷凍干燥機(jī)、空氣過(guò)濾器、壓力平衡 罐、進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥、分離制氧器、壓力平衡調(diào)節(jié)器、流量控制器、氧氣 壓力控制器和氧氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)；所述空氣壓縮機(jī)采用變頻式空氣壓縮機(jī)。
進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述變頻式空氣壓縮機(jī)上設(shè)有變頻調(diào)節(jié)器，并 且在出口位置還設(shè)有壓力控制器和自動(dòng)開(kāi)關(guān)。
進(jìn)一步的技術(shù)方案是，壓力平衡罐上設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)壓力變送器。進(jìn)一步的技術(shù)方案是，采用PLC可編程控制器對(duì)各動(dòng)作元件的工作狀 態(tài)進(jìn)行時(shí)間性的自動(dòng)控制。
根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，采用變頻式空氣壓縮機(jī)，在分離制氧過(guò) 程中，可以根據(jù)系統(tǒng)壓力或流量的變化來(lái)精確改變變頻式空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速，從而隨機(jī)改變其額定頻率和額定電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)變頻式空氣壓縮 機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的負(fù)載電流，以實(shí)現(xiàn)輸出功率的匹配，從而減少無(wú)用功率 的消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖2為空氣分離制氧裝置的工作周期示意圖3為本實(shí)用新型與普通空氣分離制氧裝置的壓力變化對(duì)比圖4為本實(shí)用新型與普通空氣分離制氧裝置的節(jié)能效果對(duì)比圖。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1所示，本實(shí)用新型按照制氧流程依次包括變頻式空氣壓縮
機(jī)1、冷凍干燥機(jī)2、空氣過(guò)濾器3、壓力平衡罐4、進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥5、 分離制氧器、壓力平衡調(diào)節(jié)器7、流量控制器8、氧氣壓力控制器9和氧 氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)10。其中，變頻式空氣壓縮機(jī)1上設(shè)有變頻調(diào)節(jié)器1A，并且 在出口位置還設(shè)有壓力控制器1B和自動(dòng)開(kāi)關(guān)(未圖示)；壓力平衡罐4 上設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)壓力變送器4A;分離制氧器包括6A和6B兩罐，分離 制氧器上還設(shè)有排廢控制器11以及消聲器12。此外，本實(shí)用新型采用 PLC可編程控制器(未圖示)對(duì)各動(dòng)作元件的工作狀態(tài)進(jìn)行時(shí)間性的自動(dòng) 控制。
如圖2所示，為空氣分離制氧裝置的工作周期示意圖，其中分別以兩 條折線a—b—c—d—e —f—g和a' —b' —c' —d' —e' —f' —g'表 示兩個(gè)分離制氧器A和B的工作周期，實(shí)線為分離制氧器6A的工作周期折線，其中虛線為分離制氧器6B的工作周期折線，本實(shí)用新型的工作狀
況如下
a—b (d' —e')段此階段為分離制氧器A和B的自平衡調(diào)階段， 在該階段中無(wú)需空氣壓縮機(jī)供氣，因?yàn)榇藭r(shí)分離制氧器A在a點(diǎn)時(shí)空氣流 量和壓力均為零，而分離制氧器B則剛完成氧氣分離(釋放)，壓力處于 最高點(diǎn)d'點(diǎn)，于是分離制氧器器A和B通過(guò)壓力平衡調(diào)節(jié)器7進(jìn)行壓力 的自平衡調(diào)節(jié)，即分離制氧器A的壓力由a升至b，而分離制氧器B的壓 力則由d'降至e'，在b (e' ) (0.22MPa)點(diǎn)達(dá)到平衡；
b — c一d段此階段為分離制氧器A升壓段，當(dāng)空氣壓力升至c (0.45MPa)點(diǎn)時(shí)，分離制氧器A開(kāi)始分離氧氣，直至d (0. 60MPa)點(diǎn)， 升壓停止，氧氣分離過(guò)程結(jié)束；
e' —f' 一g'段此階段為分離制氧器B降壓段，此時(shí)分離制氧器B 處于排廢、卸壓狀態(tài)。
根據(jù)上述分離制氧器的工作周期，本實(shí)用新型采用變頻式空氣壓縮機(jī) 1，當(dāng)氧氣壓力控制器9處于"自動(dòng)"位置時(shí)，將氧氣系統(tǒng)壓力的變化信 息(即超壓或欠壓)反饋至空氣分離制氧器6A和6B上游位置的進(jìn)氣壓力 調(diào)節(jié)閥5。根據(jù)反饋的變化信息，若系統(tǒng)超壓，進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥5便將進(jìn) 氣閥口關(guān)小，以減小進(jìn)氣量；若系統(tǒng)欠壓，則進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥5便將進(jìn)氣 閥口開(kāi)大，以加大進(jìn)氣量。并且，當(dāng)這些信息反饋至壓力平衡罐4后，壓 力平衡罐4內(nèi)氣量的大小則通過(guò)設(shè)于其上的壓縮空氣系統(tǒng)壓力變送器4A 和變頻式空氣壓縮機(jī)1出口的壓力控制器1B反饋至PLC可編程控制器， 再通過(guò)PLC可編程控制器調(diào)節(jié)變頻調(diào)節(jié)器1A的頻率，使變頻調(diào)節(jié)器1A根 據(jù)系統(tǒng)壓力或流量的變化來(lái)精確改變變頻式空氣壓縮機(jī)1轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，從 而隨機(jī)改變其額定頻率和額定電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)變頻式空氣壓縮機(jī)1的轉(zhuǎn)速 和電機(jī)的負(fù)載電流，以實(shí)現(xiàn)輸出功率的匹配，從而減少無(wú)用功率的消耗。
如上所述，由于兩個(gè)分離制氧器的進(jìn)氣、升壓過(guò)程是交替進(jìn)行的，而 且升壓占整個(gè)周期的86.7%,升壓梯度僅為0.33MPa/min，與普通空氣壓縮機(jī)相比，變頻式空氣壓縮機(jī)與普通空氣壓縮機(jī)能量消耗之差如如圖3中 的斜線填充部分所示。此外，如果以空壓機(jī)的滿載壓力/卸載壓力之比為 橫坐標(biāo)，以滿載功率與卸載之比為縱坐標(biāo)，則普通空氣壓縮機(jī)與變頻式空 氣壓縮機(jī)的能耗效果對(duì)比見(jiàn)圖4，在同一工況點(diǎn)的壓力最大節(jié)能可達(dá)28 %，可見(jiàn)，在正常的使用范圍內(nèi)可節(jié)能35 40%。
變頻螺桿式空氣壓縮機(jī)僅在開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，壓力峰值稍高一點(diǎn) (0.65MPa)，待系統(tǒng)正常運(yùn)行后，壓力的變化范圍僅士O. lMPa (參見(jiàn)圖 3)，最大程度地減少了因加載、卸載時(shí)的電能消耗。在空壓機(jī)的選型 上，按最高壓力的110%選擇螺桿式壓縮機(jī)即可，以避免功率"用不完"的 浪費(fèi)，例如VS40型變頻螺桿式壓縮機(jī)，隨機(jī)變化快，能迅速適應(yīng)空氣壓 力和流量的變化要求，并且頻率調(diào)范圍廣(30-100%)。
當(dāng)然，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制， 盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等 同替換，而未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均 應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求1、節(jié)能型空氣分離制氧裝置，包括空氣壓縮機(jī)、冷凍干燥機(jī)、空氣過(guò)濾器、壓力平衡罐、進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥、分離制氧器、壓力平衡調(diào)節(jié)器、流量控制器、氧氣壓力控制器和氧氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)；其特征在于所述空氣壓縮機(jī)采用變頻式空氣壓縮機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型空氣分離制氧裝置，其特征在于所述變頻式空氣壓縮機(jī)上設(shè)有變頻調(diào)節(jié)器，并且在出口位置還設(shè)有壓 力控制器和自動(dòng)開(kāi)關(guān)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型空氣分離制氧裝置，其特征在于 壓力平衡罐上設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)壓力變送器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型空氣分離制氧裝置，其特征在于 采用PLC可編程控制器對(duì)各動(dòng)作元件的工作狀態(tài)進(jìn)行時(shí)間性的自動(dòng)控制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型空氣分離制氧裝置，其特征在于 所述分離制氧器上還設(shè)有排廢控制器以及消聲器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種節(jié)能型空氣分離制氧裝置，包括空氣壓縮機(jī)、冷凍干燥機(jī)、空氣過(guò)濾器、壓力平衡罐、進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥、分離制氧器、壓力平衡調(diào)節(jié)器、流量控制器、氧氣壓力控制器和氧氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)；所述空氣壓縮機(jī)采用變頻式空氣壓縮機(jī)。采用變頻式空氣壓縮機(jī)，根據(jù)系統(tǒng)壓力或流量的變化來(lái)精確改變變頻式空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，從而隨機(jī)改變其額定頻率和額定電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)變頻式空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的負(fù)載電流，以實(shí)現(xiàn)輸出功率的匹配，從而減少無(wú)用功率的消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。
文檔編號(hào)C01B13/02GK201245433SQ200820047188
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者品 呂, 軍 周, 邵巧玲 申請(qǐng)人:珠海市奧吉賽科技有限公司